Neste artigo, discutiremos diferentes exemplos de forças de arrasto com informações detalhadas. Forças de arrasto são forças mecânicas geradas devido à interação de um corpo sólido com seu fluido circundante.
Os exemplos de força de arrasto são muito comuns e frequentemente vistos na natureza como a força agindo em oposição ao movimento relativo de qualquer corpo em movimento. Sempre que um corpo se move através do ar, essa força resistiva é chamada de arrasto aerodinâmico e, se o meio de deslocamento for a água, é conhecido como arrasto hidrodinâmico.
Exemplos de força de arrasto estão listados abaixo
- Um barco viajando na água
- Um avião voando no céu
- Um pássaro voando no céu
- Um carro em movimento na estrada
- Andar de bicicleta
- Ciclismo
- pára-quedas
- Um paraquedista caindo no céu
- Movimento de flechas e frisbee
- Runners
- Nadadores
- Movimento de bolas
Um barco viajando na água
As forças em um barco resultam do movimento do ar que interage com o barco e resulta em uma força motriz para navegar na água. As forças que atuam no barco dependem da velocidade e direção do vento, bem como da velocidade e direção da embarcação.
Quatro forças atuam sobre o barco: seu peso, a força de empuxo (a força de contato com a água que empurra o barco para cima), a força do vento para frente e o arrasto da água para trás.
A força de arrasto D experimentada por um corpo enquanto viaja através de um fluido é dada por,
Onde:
C é o coeficiente de arrasto, valores típicos variando de 0.4 a 1.0 para diferentes fluidos (como ar e água)
ρ é a densidade do fluido através do qual o corpo está se movendo
v é a velocidade do corpo em relação ao fluido
A é a área da seção transversal projetada do corpo perpendicular à direção do fluxo.
Um avião voando no céu
O resultado combinado de quatro forças de arrasto, empuxo, sustentação e peso tornam possível pilotar um avião no céu.
O peso do avião o puxa para o centro da Terra, para superar essa força de tração é necessária uma sustentação suficiente na direção ascendente. A sustentação é o resultado de diferenças na pressão do ar sobre e acima das asas do avião. O motor do avião produz empuxo na direção do movimento do avião, que é equilibrado pela força de arrasto que atua na direção oposta à direção do movimento.
Quando um avião está voando reto e nivelado a uma velocidade constante, a sustentação que ele produz equilibra seu peso e o empuxo que produz equilibra seu arrasto. No entanto, esse equilíbrio de forças muda à medida que o avião sobe e desce, acelera e desacelera e faz curvas.
Um pássaro voando no céu
Bater asas por pássaros é um dos métodos de propulsão mais difundidos disponíveis na natureza.
No caso de uma ave, a sustentação gerada pelo bater das asas pode ser considerada como uma força vertical que suporta o peso do corpo da ave (ou seja, atração gravitacional para baixo). Aqui o arrasto é considerado como a força horizontal que se opõe ao empuxo. Impulso é a força que move o objeto na direção para frente, para um pássaro a confiança é fornecida pelos músculos do pássaro.
O arrasto é causado pela resistência do ar e atua na direção oposta do movimento, o arrasto produzido depende da forma do objeto, da densidade do ar e da velocidade de movimento desse objeto. O empuxo pode superar ou neutralizar a força de arrasto.
Durante o vôo para a frente, o corpo de um pássaro gera arrasto que tende a desacelerar sua velocidade. Batendo as asas ou convertendo energia potencial em trabalho se estiver planando, a ave produz sustentação e empuxo para equilibrar a atração da gravidade e o arrasto.
Um carro em movimento
No caso de um carro em movimento, a magnitude da força de arrasto é igual e atua na direção oposta à força que o motor cria nas rodas do veículo. Devido a essas duas forças iguais e opostas agindo sobre o carro, a força resultante resultante torna-se zero e o carro pode manter uma velocidade constante.
Se fizermos a força produzida pelo motor zero, mantendo o carro em uma posição neutra por um tempo, então apenas a força de arrasto atuará no carro. Nesta condição, a força resultante está disponível no carro e o carro desacelera.
Andar de bicicleta ou bicicleta
O arrasto aerodinâmico é de fato uma grande força resistiva no ciclismo, todo ciclista tem que superar a resistência do vento. O arrasto de pressão desempenha um papel importante no ciclismo, causado principalmente pelas partículas de ar que se juntam nas superfícies frontais e mais espaçadas nas superfícies traseiras
Todo ciclista que já pedalou contra um vento forte conhece a resistência do vento. É exaustivo! Para avançar, o ciclista deve empurrar a massa de ar à sua frente.
Ciclismo
Bicicletas e motocicletas são veículos de pista única e, portanto, seus movimentos têm muitos atributos fundamentais em comum. Se considerarmos o motociclista e a moto como um único sistema as forças externas que atuam são: força de arrasto, força gravitacional, inércia, força de atrito do solo e forças internas são causadas pelo motociclista.
pára-quedas
A força de arrasto que atua em um paraquedas depende do tamanho do paraquedas, quanto maior o paraquedas maior será a força de arrasto agindo sobre ele.
As duas forças que atuam em um pára-quedas são a força de arrasto ou resistência do ar e a força gravitacional. A força de arrasto atua na direção oposta da força gravitacional e desacelera o paraquedas sempre que ele cai.
Um paraquedista caindo no céu
Quando um paraquedista salta do avião, tanto a resistência do ar ou o arrasto quanto a força gravitacional agem em seu corpo. A força gravitacional permanece constante, mas a resistência do ar aumenta com o aumento da velocidade terrestre.
A força das partículas de ar que atingem o corpo pode ser alterada alterando a posição do corpo (a área da seção transversal do corpo). Isso altera a velocidade do paraquedista em direção à terra.
A força de arrasto (resistência) experimentada pelo corpo pode ser representada pela seguinte fórmula:
Onde D é o coeficiente de arrasto,
p é a densidade do meio, neste caso o ar,
A é a área da seção transversal do objeto, e
v é a velocidade do objeto.
Movimento de flechas e frisbee
A trajetória de uma flecha é influenciada por três forças: a) força de aceleração do arco em direção ao alvo, b) força de aceleração em direção à terra devido à força gravitacional ec) força de desaceleração devido ao arrasto aerodinâmico na flecha.
A força da corda do arco acelera a flecha do arco até que a flecha atinja a velocidade de lançamento, a força de arrasto diminui sua velocidade à medida que a flecha se move pelo ar. Finalmente, a força gravitacional traz a flecha de volta à superfície da Terra.
Grandes forças resultam em aceleração, mas massas pesadas são muito difíceis de acelerar ou desacelerar. Portanto, uma flecha mais leve sai do arco com maior velocidade e perde velocidade mais rapidamente durante o vôo.
Runners
Quando os corredores correm o “vento” que eles experimentam empurrando contra eles é na verdade a força do arrasto. No caso de um corredor ou nadador, a força de arrasto está sempre agindo contra o movimento, tentando desacelerar seu movimento. Para superar o arrasto, um corredor tem que se mover rápido para fazer a corrida avançar. Em outras palavras, mais impulso deve ser produzido pelo corpo.
Nadadores
Diferentes formas de forças de arrasto, como fricção, pressão e arrasto das ondas, agem continuamente em um nadador quando ele desce na piscina até o toque final na parede. O arrasto de fricção ocorre como resultado da fricção das moléculas de água com o corpo do nadador, um corpo mais suave do nadador reduz o atrito até certo ponto.
Ao nadar em maior velocidade, há um aumento de pressão na região frontal (cabeça do nadador) criando uma diferença de pressão entre as duas extremidades do corpo do nadador. Essa diferença de pressão gera turbulência atrás do corpo do nadador, essa força de resistência extra é o arrasto de pressão.
O arrasto das ondas ocorre como resultado do corpo do nadador submerso na água e parcialmente fora da água. Toda a força de arrasto da onda é gerada a partir da parte da cabeça e do ombro do corpo do nadador.
Movimento de bolas
À medida que a bola se move pelo ar, o arrasto resistirá ao movimento da bola durante seu vôo e reduzirá seu alcance e altura, ao mesmo tempo ventos cruzados irá desviá-lo de seu caminho original. Ambos os efeitos são considerados pelos jogadores em esportes como o golfe.
Uma bola quicando geralmente segue o movimento do projétil, diferentes forças que atuam em uma bola são força de arrasto, força gravitacional, força magnus devido ao giro da bola e força de empuxo, todas as forças devem ser consideradas para analisar o movimento da bola.
Em geral, existem muitos fatores que afetam a magnitude da força de arrasto, incluindo a forma e o tamanho da bola, o quadrado da velocidade do objeto e as condições do ar; particularmente, a densidade e viscosidade do ar. Determinar a magnitude da força de arrasto é difícil porque depende dos detalhes de como o fluxo interage com a superfície do objeto. Para uma bola de futebol, isso é particularmente difícil porque os pontos são usados para manter a bola unida.
Leia mais sobre A resistência do ar é uma força.
Eu sou Sangeeta Das. Concluí meu mestrado em Engenharia Mecânica com especialização em Motores IC e Automóveis. Tenho cerca de dez anos de experiência abrangendo indústria e academia. Minha área de interesse inclui Motores IC, Aerodinâmica e Mecânica dos Fluidos. Você pode me encontrar em
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